GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進磁力儀和梯度儀 GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進磁力儀和梯度儀 GSM-19高精度Overhauser磁力儀和梯度儀 dIdD三分量磁力儀 一．序言 加拿大GEM公司是專門研發(fā)和生產(chǎn)磁力儀的專業(yè)公司，已有三十多年歷史。其生產(chǎn)的磁力儀被公認(rèn)為磁力儀的標(biāo)準(zhǔn)系列。該公司研發(fā)和生產(chǎn)的磁力儀共有七個系列，每個系列中都有多個品種。GEM磁力儀銷往世界各國。自2005年以來，僅一年10個月時間，國內(nèi)有關(guān)單位就購買了近300臺標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進磁力儀和40多臺高精度OVERHAUSER磁力儀以及多臺三分量磁力儀。 GEM公司生產(chǎn)的磁力儀系列： ● 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀和梯度儀系列● 高精度OVERHAUER磁力儀和梯度儀系列● dIdD三分量磁力儀系列● 鉀光泵磁力儀系列● Overhauser航空磁力儀● 鉀光泵航空磁力儀● 超高精度磁力儀 二．GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進磁力儀和梯度儀系列 質(zhì)子旋進磁力儀長期以來一直是使用普遍、價格便宜的磁力儀，其用途包括礦產(chǎn)資源勘探，環(huán)境和工程勘探以及監(jiān)測磁場變化等。 圖1 GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進磁力儀1.工作原理質(zhì)子旋進磁力儀利用富含質(zhì)子氫的液體產(chǎn)生旋進信號。它使用的液體可以提供非常高的氫密度，并且在操作時沒有危險。讓極化直流電流通過繞在富含質(zhì)子氫液體探頭的線圈上，便會產(chǎn)生100高斯（Gauss）的輔助磁通密度。質(zhì)子被極化至較強的凈磁化強度，與較強的磁通密度達到熱平衡。當(dāng)輔助磁通終止時，被 極化 的質(zhì)子即發(fā)生旋進而重新恢復(fù)為正常的磁通密度狀態(tài)。根據(jù)以下公式，質(zhì)子的旋進頻率f0與磁通密度B（單位為特斯拉 Teslas,T）有直接關(guān)系： f0=( p/2 )B p/2 =42.5763751MHz/T 對質(zhì)子旋進的測量必須按序進行，即先有一個初始極化，接著進行頻率測量，然后這個循環(huán)不斷重復(fù)。這不同于在氫核被極化的同時進行旋進測量的連續(xù)測量法。 2．GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進磁力儀主要優(yōu)點GSM－19T采用了大量新技術(shù)，因而不同于其它質(zhì)子旋進磁力儀，例如：● 它集成了高精度GPS（可選）?！?在主機屏幕上實時顯示觀測磁場圖像?！?通過RS232接口，快速下載觀測數(shù)據(jù)，下載速率高達115千波特?！?分辨率高達0.01nT,靈敏度達0.1nT。● 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存為4MB，可存儲209715個野外讀數(shù)或600000個基點臺讀數(shù)，根據(jù)用戶要求，內(nèi)存量可按4MB增量擴展?！?具有獨一無二的可程序化的基點站觀測功能例如：野外磁力儀與基點站連接自動校正日變；靈活設(shè)置觀測時間表和采樣率系列；當(dāng)你長時間離開基點臺時，該功能就顯得特別重要。● 使用GSM－19T的WalkingMag采集模式，可保證操作員在野外隨走隨采集磁場數(shù)據(jù)，從而獲得連續(xù)的觀測剖面。● GSM－19T的另一項創(chuàng)新是，用戶可以在辦公室內(nèi)把設(shè)計好的觀測路線和點位輸入給GPS（可選），然后由GPS指揮操作員在野外按設(shè)計進行觀測?！?基點臺觀測和野外流動觀測之間具有高精度的時間同步，這對于在磁干擾地區(qū)和保證高精度的觀測結(jié)果是非常重要的?！?具有觀測質(zhì)量監(jiān)控功能，在測量過程中如果發(fā)觀某個觀測值質(zhì)量低劣，操作員將聽到警告信號。 圖33．技術(shù)指標(biāo)和配置技術(shù)指標(biāo)：●靈敏度：0.05nT●分辨率：0.01nT●絕對精度： 0.2nT●動態(tài)范圍：20000到120000nT● 梯度容差： 7000nT/m●　采樣率：3秒至60秒可選 ● 溫飄：0.0025nT/ C（環(huán)境溫度為0到-40 C）； 0.0018nT/ C（環(huán)境溫度為0到+55 C） ● 工作溫度：-40℃ +55℃● 存儲4M字節(jié) 對流動站可存209715個讀數(shù) 對基點站可存699050個讀數(shù) 對梯度測量可存174762個讀數(shù) 對步行磁測可存299593個讀數(shù)● 尺寸及重量： 主機223 69 240mm,重2.1Kg 傳感器170mm(長) 75mm(直徑)， 重2.2Kg● 工作模式：　　　　　　　　　　　　　　　 流動站：每3秒－60秒自動采樣存儲一次觀測值以及時間和日期 基點站：觀測值，時間，日期，每3到60秒讀、存數(shù)據(jù) 遙控：可選擇RS232接口進行遙控測量● 輸入與輸出： RS232接口數(shù)字輸出或應(yīng)用6針防水插頭（選項）作模擬輸出標(biāo)準(zhǔn)配置GSM－19T主機，GEMLinkw軟件，內(nèi)部可充電電池，充電器，探頭和電纜以及探頭支桿，RS232電纜，運輸箱，中文操作手冊。保修期：兩年，終身服務(wù)。 4．GSM－19T質(zhì)子旋進磁力儀系列● GSM－19T標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子旋進磁力儀● GSM－19TW標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子 Walking 磁力儀● GSM－19TV標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子磁力儀＋甚低頻● GSM－19TG標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子梯度儀● GSM－19TGW標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子 Walking 梯度儀● GSM－19TGV標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子梯度儀＋甚低頻● GSM－19TGWV標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子 Walking 梯度儀 ＋甚低頻 圖 4三．GSM－19高精度Overhauser磁力儀和梯度儀系列 圖5GSM高精度Overhauser磁力儀 1．應(yīng)用領(lǐng)域Overhauer磁力儀是運用GEM公司的獨特技術(shù)開發(fā)出來的高精度磁力儀，它具有一系列獨有的優(yōu)點，已成為高精度的標(biāo)準(zhǔn)磁力儀觀測系統(tǒng)，它主要應(yīng)用于：● 高精度礦產(chǎn)資源探測●含油、氣盆地構(gòu)造探測● 工程和環(huán)境勘探●地下埋藏物和管線探測●　地震和火山前兆觀測●　考古●　對物質(zhì)磁性的高精度測量 2．工作原理當(dāng)把特殊的含有不成對電子的液體與氫原子結(jié)合起來、并在射頻（RF）磁場的極化下便產(chǎn)生Overhauser效應(yīng)。也即，不成對的電子將其自身的極化強度傳輸給氫原子后，就產(chǎn)生了很強的進動信號這種進動信號對總磁場強度值具有很高的靈敏度，并可用簡單的方程式表達。于是通過測量進動信號，便可測出總磁場強度。此種磁力儀稱為Overhause磁力儀。由于產(chǎn)生射頻（RF）磁場所需的能量很小，并且其頻段處于進動信號頻率之外，從而消除了測量噪聲，所以O(shè)verhauser磁力儀功耗特別低，精度很高。此外，射頻磁化過程和進動信號的測量過程可以同步進行，因此觀測效率高，可以高速采樣。 3．Overhauser磁力儀探頭Overhauser磁力儀探頭是專利性創(chuàng)新產(chǎn)品，它是電子學(xué)設(shè)計和量子磁力化學(xué)的最佳結(jié)合。在電子學(xué)方面，探頭內(nèi)含有反向串聯(lián)的雙拾取線圈，以壓制環(huán)境噪聲干擾，例如大氣噪聲等。在量子磁力化學(xué)方面，探頭內(nèi)充填屬于公司專利的溶有自由電子的富氫液體，從而增加了在射頻極化磁場作用下所產(chǎn)生的進動信號強度。在材質(zhì)方面探頭尺寸很小，很輕又牢固。探頭的所有材質(zhì)都是經(jīng)過仔細選擇的非磁性物，以最大的提高信噪比。探頭方向性很小，在赤道附近也可對磁場進行精確地測量，在野外測量時可以不必注意探頭的放置方向。4．Overhauser磁力儀主機主機包括微型鍵盤，內(nèi)置固化件的顯示界面，系統(tǒng)控制電路和數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)檢索等。為了操作方便，顯示界面具有單色文本和實時剖面顯示雙重功能，并可交互使用。可以通過GEMLinkw軟件網(wǎng)頁對內(nèi)置固化件中的軟件進行升級，因此可使你的磁力儀永遠保持最高水平，而又不必返回廠家升級。圖6 Overhauser磁力儀探頭支桿和主機5．Overhauser磁力儀主要優(yōu)點Overhauser磁力儀把高精度的數(shù)據(jù)采集，工作效率和高度穩(wěn)定性有效地結(jié)合在一起。它的觀測精度與昂貴的銫光泵一致，但在穩(wěn)定性和功耗方面具有獨到的優(yōu)點：● 高靈敏度、高分辨率和高觀測精度● 超級全方位傳感器● 測量之前無需預(yù)熱，易于野外操作● 數(shù)據(jù)存儲達4M字節(jié)，可擴展到32M字節(jié)● 可編程基點站● 快速數(shù)據(jù)傳輸● 置于磁力儀內(nèi)的、集成式GPS用于定位測量（可選），分辨率可達5米或1米● 寬的溫度范圍（標(biāo)準(zhǔn)型從-40到＋55攝氏度；可選型從-55到60攝氏度），可在極端的氣候條件下使用● 堅固可靠的設(shè)計。使用壽命長，適應(yīng)性強● 幾乎無須保養(yǎng)，確保了更低的使用成本● 從網(wǎng)站上更新軟件其他優(yōu)點包括：絕對精度高、操作速度快（每秒多達5個讀數(shù)），能耗非常低 6．Overhauser磁力儀技術(shù)指標(biāo)和配置技術(shù)指標(biāo)：● 靈敏度： 0.015nT● 分辨率：0.01nT● 絕對精度：0.1nT● 動態(tài)范圍：10000到120000nT● 梯度容限： 10000nT/m●　采樣率：60+,5,3,2,1,0.5,0.2秒●溫飄：0.0025nT/℃（環(huán)境溫度為0到-40℃情況下）；0.0018nT/ C（環(huán)境溫度為0到+55 C情況下）●　工作溫度：-40℃--+55℃●　存儲4M字節(jié)，這意味著：對流動觀測有209715個讀數(shù)對基點站有699050個讀數(shù)對梯度測量有174762個讀數(shù)對WalkingMap模式有299593個讀數(shù)● 尺寸及重量：主機223 69 240mm，重2.1Kg探頭175mm(長) 75mm（直徑），重1.0Kg● 工作模式：流動站：每3秒鐘自動讀取和存儲一次觀測值，測點坐標(biāo)值，以及時間和日期?；c站：每3到60秒自動存儲一次觀測值，時間和日期遙控：可選擇RS232接口進行遙控測量● 輸入與輸出：RS232接口數(shù)字輸出或應(yīng)用6針防水插頭（選項）作模擬輸出 標(biāo)準(zhǔn)配置GSM-19主機，GEMLinkW軟件，內(nèi)部可充電電池，充電器，探頭和電纜以及探頭支桿，RS232電纜運輸箱，中文操作手冊。 保修期 兩年，終身服務(wù)。 7．高精度Overhauser磁力儀系列● GSM－19 Overhauser標(biāo)準(zhǔn)磁力儀，最快讀數(shù)3秒● GSM－19V Overhauser標(biāo)準(zhǔn)磁力儀＋甚低頻● GSM－19G Overhauser標(biāo)準(zhǔn)磁力梯度儀（最快讀數(shù)3秒）● GSM－19GV Overhauser標(biāo)準(zhǔn)梯度儀＋甚低頻● GSM－19W OverhauserWalking磁力儀（最快讀數(shù)0.2秒）● GSM－19WV OverhauserWalking磁力儀＋甚低頻● GSM－19GW OverhauserWalking磁力梯度儀（最快讀數(shù)2秒）● GSM－19GWVOverhauserWalking磁力梯度儀＋甚低頻● GSM－19GW4Overhauser4個探頭OverhauserWalking磁力梯度儀四.dIdD三分量磁力儀1.dIdD測量原理在Overhause探頭上安裝兩個互相垂直的線圈，線圈懸掛在由皮青銅做成的彈簧懸絲上。其中一個線圈平面垂直全磁場矢量F，另一個線圈平面平行全磁場矢量F。首先向垂直F的線圈，即磁場傾角（I）線圈內(nèi)，依次輸入大小相等，方向相反的偏置電流，這兩個偏置電流所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)磁場由Overhause探頭接收，并記錄下來，稱之為Ip和Im，同時也記錄下來未加偏量電流時的全磁場F。同樣，在向平行F的線圈，即磁偏角（D）線圈內(nèi)，依次輸入大小相等，方向相反的偏置電流，這兩個偏置電流所產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)磁場由Overhause